通信原理(李晓峰)习题答案全集

1. （略）2. 两个二元消息符号X 与X 的取值及概率分别为：求它们的熵。

解：利用式21()log Mi i i H X P P ==-∑易见，)(881.07.0log 7.03.0log 3.0)(221bit X H ≈--=)(971.12.0log 2.023.0log 3.02)(222bit X H ≈⨯-⨯-=3.4. 假定电话按键由10个数字、“*”与“#”组成，按压每个数字键的概率均为0.099，按压“*”或“#”的概率各为0.005，拨号速率为2次/s 。

试求（1）每次按键产生的熵与连续拨号的熵率？（2）如果每次按键采用4位二进制表示，拨号产生的二进制数据率（二元符号率）？ 解： （1）利用式21()log Mi i i H X P P ==-∑，22100.099log 0.09920.005log 0.0053.356bits/key H =-⨯-⨯≈连续按键产生的熵率3.356/ 6.7120.5/H bits key R T s key===/bits s（2）拨号产生的二进制数率,4/2/8/bit key key s bits s ⨯=5. （略）6. 假定容量为4.7GB 的DVD 盘可存储133分钟的数字音视频资料，试计算该数字音视频信号的数据率（二元符号率）是多少？解：数据率为304.728/ 5.059Mbps 13360Bytes bits Byte R s⨯⨯==⨯注意，1GB=3092107374182410Bytes Bytes =≈，有时也可用910。

7. （略）8. （略） 9. （略）10. 假定电传打字机的信道带宽为300Hz ，信噪比为30dB（即，30/10/101000S N ==），试求该信道的容量。

解：利用式bps NSB C )1(log 2+=有2C 300log (11000) 2.99()kbps =⨯+=11. 假定某用户采用拨号上网，已测得电话线可用频带300-3400Hz ，信噪比为25dB （即， 2.5/10S N =），试计算该信道的容量；在选用调制解调器时，可选速率为56、28.8或9.6kbps 的调制解调器中哪个较合适？ 解：带宽B=3400Hz-300Hz=3100Hz ，利用式bps NSB C )1(log 2+=，有2C 3100log (1316.23)25.73()kbps =⨯+= 故应采用28.8kbps 的调制解调器较合适（实际调制解调器会结合实际线路情况，自动降低速率，以充分利用信道资源）。

习题二解：（1）最大输出信噪比的时刻为：T （2）（3）最大输出信噪比值:习题三1.2. 一个AM 信号具有如下形式：()[]202cos300010cos6000cos2c s t t t f t πππ=++其中510c f =Hz ；（1） 试确定每个频率分量的功率； （2） 确定调制指数；（3） 确定边带功率、全部功率，以及边带功率与全部功率之比。

解：（1）试确定每个频率分量的功率 ()[]202cos300010cos 6000cos 220cos 2cos 2(1500)cos 2(1500)5cos 2(3000)5cos 2(3000)c c c cc c s t t t f tf t f t f t f t f t ππππππππ=++=+++-+++-()s t 的5个频率分量及其功率为：20cos 2c f t π：功率为200w ；cos 2(1500)c f t π+：功率为0.5w ；cos 2(1500)c f t π-：功率为0.5w ；5cos 2(3000)c f t π+:功率为12.5w ；5cos 2(3000)c f t π-:功率为12.5w 。

（2）确定调制指数()[][]202cos300010cos 6000cos 22010.1cos30000.5cos 6000cos 2c c s t t t f tt t f tππππππ=++=++因此()0.1cos30000.5cos6000m t t t ππ=+，()max 0.6AM m t β==⎡⎤⎣⎦。

（3）确定边带功率、全部功率，以及边带功率与全部功率之比5个频率分量的全部功率为：20020.5212.5226total P w w w w =+⨯+⨯= 边带功率为：20.5212.526sidePw w w =⨯+⨯=边带功率与全部功率之比：260.115226AMη== 3. 用调制信号()cos2m m m t A f t π=对载波cos 2c c A f t π进行调制后得到的已调信号为()()1cos 2c c s t A m t f t π=+⎡⎤⎣⎦。

为了能够无失真地通过包络检波器解出()m t ，问m A 的取值应满足什么条件。

解：如果1m A >，即发生了过调制，包络检波器此时将无法恢复出()m t 。

因此要想无失真通过包络检波器解出()m t ，则需要1m A ≤。

4. 已知调制信号()()()cos 2000cos 4000m t t t ππ=+，载波为4cos10t π，进行单边带调制，试确定该单边带信号的表达式，并画出频谱图。

解：根据单边带信号的时域表达式，可确定上边带信号：()()()11ˆcos sin 22USB c c S t m t t mt t ωω=- ()()41cos 2000cos 4000cos102t t t πππ=+⎡⎤⎣⎦ ()()41sin 2000sin 4000sin102t t t πππ-+⎡⎤⎣⎦11cos12000cos1400022t t ππ=+ ()()()()()1[6000600070007000]4USB S f f f f f δδδδ=++-+++-同理，下边带信号为：()()()11ˆcos sin 22LSB c c S t m t t mt t ωω=+ ()()41cos 2000cos 4000cos102t t t πππ=+⎡⎤⎣⎦ ()()41sin 2000sin 4000sin102t t t πππ++⎡⎤⎣⎦ 11cos8000cos600022t t ππ=+ ()()()()()1[4000300040003000]4LSB S f f f f ωδδδδ=++++-+-两种单边带信号的频谱图分别如下图所示（载波为4cos10t π，即5000c f Hz =）：5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 图题3.11是一种SSB 的解调器，其中载频455c f =kHz 。

（1） 若图中A 点的输入信号是上边带信号，请写出图中各点表达式；（2） 若图中A 点的输入信号是下边带信号，请写出图中()USBS f ()LSB S f ff 3000400060007000各点表达式，并问图中解调器应做何修改方能正确解调出调制信号。

输出图 题3.11解：记()m t 为基带调制信号，()ˆmt 为其希尔伯特变换。

⑴ （2）A ：设为 ()()()ˆcos2sin 2A c c s t m t f t mt f t ππ=± ()()()()44ˆcos 9110sin 9110m t t mt t ππ=⨯±⨯ B ： ()()()4cos 9110B A s t s t t π=⨯()()()()()2444ˆcos 9110sin 9110cos 9110m t t mt t t πππ=⨯±⨯⨯ ()()()()44ˆ1cos 18210sin 1821022m t m t t t ππ⎡⎤=+⨯±⨯⎣⎦ C ： ()()12C s t m t =D ： ()()()4sin 9110D As t s t t π=⨯ ()()()()()4424ˆsin 9110cos 9110sin 9110m t t t mt t πππ=⨯⨯±⨯ ()()()()44ˆsin 182101cos 1821022m t m t t t ππ⎡⎤=⨯±-⨯⎣⎦ E ： ()()1ˆ2E s t m t =± F ： ()()12F s t m t =±-⎡⎤⎣⎦G ：当A 点输入上边带信号时()()()()()()1122G C F s t s t s t m t m t m t =+=+=当A 点输入下边带信号时()()()()()11022G C F s t s t s t m t m t =+=+-=⎡⎤⎣⎦ 如欲G 点输出，需将最末端的相加改为相减即可，如下图所示：此时 ()()()()()()1122G C F s t s t s t m t m t m t =-=--=⎡⎤⎣⎦输出12. 若对某一信号用DSB 进行传输，设加至发射机的调制信号()m t 之功率谱密度为：()0,20,m m mmf f f N P f f f f ⎧≤⋅⎪=⎨⎪>⎩试求：（1） 接收机的输入信号功率； （2） 接收机的输出信号功率（3） 若叠加于DSB 信号的白噪声具有双边功率谱密度为02N ，设解调器的输出端接有截止频率为m f 的理想低通滤波器，那么输出信噪比是多少。

解：⑴ 设DSB 已调信号()()cos DSB c s t m t t ω=，则接收机的输入信号功率()()()221122i DSBm S S t m t P f df ∞-∞===⎰0012224m f m m N N f f df f =⨯⨯⋅=⎰⑵ 相干解调之后，接收机的输出信号()()o m t m t =，因此输出信号功率()()()2202mo oN f s t m t m t ===⑶ 解调器的输出信噪功率比 ()20001288i m i m m s t N f S N N B N f ⎛⎫=== ⎪⎝⎭124o i S S N N ⎛⎫⎛⎫== ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭ 13. 某线性调制系统的输出信噪比为20dB ， 输出噪声功率为910-W ，由发射机输出端到解调器输入之间总的传输损耗为100dB ，试求：（1） DSB 时的发射机输出功率； （2） SSB 时的发射机输出功率。

解：⑴在DSB 方式中，解调增益2DEM G =，因此解调器输入信噪比201011105022i o S S N N ⎛⎫⎛⎫=⋅=⨯= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭ 同时，在相干解调时，910i o N N w -==因此解调器输入端的信号功率850510i i S N -==⨯W考虑发射机输出端到解调器输入端之间的100dB 传输损耗，可得发射机输出功率1001010500T i S S w =⨯=另解：在DSB 方式中，系统增益1sys G =201010100base o S S N N ⎛⎫⎛⎫=== ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭ 0100iS N B= DSB 输出噪声功率：90210N B w -=9701100100100.5102i S N W w --==⨯⨯=⨯1001010500T i S S w =⨯=⑵在SSB 方式中，解调增益1DEMG =，201010100i oS S N N ⎛⎫⎛⎫=== ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭ 910i o N N -==W因此，解调器输入端的信号功率710010i i S N -==W发射机输出功率10101000T i S S =⨯=W14. 15. 已知某模拟基带系统中调制信号()m t 的带宽是5W=kHz 。